Điều khiển nhiệt độ lò điện

Điều khiển nhiệt độ lò điện

Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, sống ngày việc đo đặt nhiệt độ theo mong muốn khơng gian giới hạn như: nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện, cơng ty, nhà ở,…là cần thiết theo nhu cầu người Điều chứng tỏ người ngày muốn giao tiếp nhiều với mơi trường Vì vậy, với kiến thức học ngành điện tử em xin chọn đề tài: “Điều khiển nhiệt độ lò điện” Với mục đích giữ nhiệt độ lị theo ý muốn Bên cạnh tìm hiểu kỹ thuật tương tự, kỹ thuật số vi xử lý Do kiến thức cịn hạn hẹp nên q trình thực hiên đề tài khơng thể tránh sai sót mong q thầy bỏ qua có hướng giúp đỡ để em có hướng cao sau lĩnh vực nghiên cứu khoa học Em xin chân thành cám ơn: Cơ Đào Thị Thu Thủy tận tình hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Quý Thầy Cô Khoa Công Nghệ Điện Tử giúp cho em có nhiều kiến thức để thực đề tài GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Chữ ký giáo viên GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Chữ ký giáo viên GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI NÓI ĐẦU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN - MỤC LỤC CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT - IC cảm biến nhiệt độ 1.1 LM335, LM334 - 1.2 Đặc tính số IC cảm biến nhiệt thông dụng Bộ biến đổi ADC 2.1 Sơ đồ chân ADC0804 - - 2.2 Chức chân ADC0804 - Tìm hiểu P89V51RB2 - 11 3.1 Sơ đồ khối P89V51RB2 11 3.2 Sơ đồ chân chức chân P89V51RB2 12 3.2.1 Các Port - 12 3.2.2 Các chân tín hiệu điều khiển 14 3.3 Tổ chức nhớ 15 3.3.1 Bộ nhớ - 15 3.3.1.1 Bộ nhớ ROM 16 3.3.1.2 Bộ nhớ RAM - 16 3.3.1.3 Các thang ghi chức đặc biệt 17 3.3.2 Bộ nhớ - 20 3.4 Hoạt động Reset - 22 3.5 Các tập lệnh 23 3.6 Hoạt động port nối tiếp - 25 3.6.1 Thanh ghi đệm port nối tiếp (SBUF) - 25 3.6.2 Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp SCON 25 3.6.3 Khởi động truy xuất ghi Port nối tiếp 27 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG - 29 Tìm hiểu đề tài 29 GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện 1.1 Nhiệm vụ đặt 29 1.2 Hướng giải - 29 Thiết kế phần cứng nguyên lý hoạt động khối - 29 2.1 Khối cảm biến nhiệt khối ADC 29 2.2 Khối xử lý nút nhấn - 31 2.3 Khối điều khiển quạt, đèn - 32 2.4 Khối hiển thị - 33 2.5 Khối nguồn - 33 2.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển nhiệt độ lò điện 34 2.7 Sơ đồ mạch in điều khiển nhiệt độ lò điện 34 Phần mềm giải thuật - 35 3.1 Phần mềm 35 3.2 Lưu đồ giải thuật- - 35 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN - 37 Kết thực 37 Khuyết điểm 37 Hướng khắc phục phát triển - 37 PHỤC LỤC - 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 46 GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT IC cảm biến nhiệt độ: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện dạng điện áp hay dịng điện Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Sự tác động nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống chất bán dẫn Bằng phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo xuất lỗ trống Làm cho tỷ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ 1.1 LM335, LM334: LM335 cảm biến thơng dụng Nó hoạt động Diode Zener có điện áp đánh thủng tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt độ gia tăng 10mV/0K LM335 hoạt động phạm vi dòng từ 0,4mA ÷ 5mA mà khơng thay đổi đặc tính, điều đặc biệt LM335 có điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với thay đổi nhiệt độ đầu vào Hình 1.1: LM335 - Ngõ điện áp - Sai số cực đại 1,50C nhiệt độ lớn 1000C - Khoảng nhiệt độ hoạt động: −650 C → 1500 C - Đáp ứng LM335: Hình 1.2: Đáp tuyến vào, GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện 1.2 Đặc tính số IC cảm biến nhiệt thơng dụng: ™ AD590: - Ngõ dòng điện - Độ nhạy: 1A/0K - Độ xác: +40C - Nguồn cung cấp VCC: 4V → 30V - Khoảng nhiệt độ: -550C → 1500C ™ LX5700: - Ngõ điện áp - Độ nhạy: 10mV/0K - Khoảng nhiệt hoạt động: -550C → 1500C ™ Các cảm biến nhiệt họ LM34 LM35: Loạt cảm biến LM34 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ Fahrenheit Họ LM34 khơng u cầu cân chỉnh bên ngồi vốn cân chỉnh Nó đưa điện áp 10mV cho thay đổi nhiệt độ 10F Loạt cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Chúng đưa điện áp 10mV cho thay đổi 10C Bộ biến đổi ADC (Analog to Digital Converter): Các chuyển đổi ADC thuộc thiết bị sử dụng rộng rãi để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị nhị phân, giới vật lý đại lượng dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khí chất lỏng), độ ẩm vận tốc số đại lượng vật lý giới thực mà ta gặp hàng ngày Một đại lượng vật lý chuyển dòng điện điện áp qua thiết bị gọi biến đổi Các biến đổi coi cảm biến Mặc dù có cảm biến nhiệt, tốc độ, áp suất, ánh sáng nhiều đại lượng tự nhiên khác chúng cho tín hiệu dạng dịng điện điện áp dạng liên tục Do vậy, ta cần chuyển đổi tương tự số cho vi điều khiển đọc chúng Có hai loại sử dụng rộng rãi ADC0809 ADC0804 2.1 Sơ đồ chân ADC0804: GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lị điện Chíp ADC0804 chuyển đổi tương tự số họ loạt ADC800 từ hãng National Semiconductor Nó nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5V có độ phân giải bit Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổi yếu tố quan trọng khác đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK R CLK IN nhanh 110 μ s Các chân ADC0804 mơ tả sau: Hình 1.3: Sơ đồ chân ADC0804 2.2 Chức chân ADC0804: ™ Chân CS (chân số 1) – chọn chíp: Là đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804 Để truy cập ADC0804 chân phải mức thấp ™ Chân RD (chân số 2): Đây tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp Các ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với giữ ghi RD sử dụng để nhận liệu chuyển đổi đầu ADC0804 Khi CS = xung cao – xuống – thấp áp đến chân RD đầu số bit hiển diện chân liệu D0 – D7 Chân RD coi cho phép đầu ™ Chân ghi WR (chân số Thực tên xác “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây chân đầu vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao – xuống – thấp ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phấn bit Lượng GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN CLK R Khi việc chuyển đổi liệu hồn tất chân INTR ép xuống thấp ADC0804 ™ Chân CLK IN (chân số 4) CLK R (chân số 19): Chân CLK IN chân đầu vào nối tới nguồn đồng hồ đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ ADC0804 chân CLK IN CLK R nối tới tụ điện điện trở (hình 1.4) Trong trường hợp tần số đồng hồ xác định biểu thức: f = 1,1RC Hình 1.4: Kiểm tra ADC0804 chế độ chạy tự Giá trị tiêu biểu đại lượng R = 10k Ω C = 150pF tần số nhận f = 606kHz thời gian chuyển đổi 110 μ s ™ Chân ngắt INTR (chân số 5): Đây chân đầu tích cực mức thấp Bình thường trạng thái cao việc chuyển đổi hồn tất xuống thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, ta đặt CS = gửi xung cao xuống – thấp tới chân RD lấy liệu ADC0804 ™ Chân Vin (+) Vin (-): GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện Đây đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối xuống đất Vin (+) dùng đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số ™ Chân VCC (chân số 20): Đây chân nguồn nối +5V, dùng điện áp tham chiếu đầu vào VREF /2 (chân số 9) để hở ™ Chân VREF /2 (chân số 9): Là điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân hở (khơng nối) điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dãy → 5V (giống chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác dãy → 5V Chân VREF /2 dùng để thực thi điện áp đầu vào khác ngồi dãy → 5V Ví dụ: Nếu dãy đầu vào tương tự cần phải → 4V VREF /2 nối với +2V Hình 1.5 : Biểu diễn dãy điện áp Vin đầu vào VREF /2 khác ™ Các chân liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân liệu D0 – D7 (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) chân đầu liệu số Đây chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ta sử dụng công thức sau: Với Dout đầu liệu số (dạng thập phân) Vin điện áp đầu vào tương tự độ phân dãy thay đổi nhỏ tính (2x VREF /2 ) chia cho 256 ADC bit ™ Chân GND (chân số 10): Đây chân đầu vào cấp đất chung cho tín hiệu số tương tự Đất tương tự nối tới đất chân Vin tương tự, đất số nối tới đất chân VCC Lý mà ta phải có hai đất để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ điện áp ký GVHD: Đào Thị Thu Thủy http://www.ebook.edu.vn Trang 10 ... - 33 2.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển nhiệt độ lò điện 34 2.7 Sơ đồ mạch in điều khiển nhiệt độ lò điện 34 Phần mềm giải thuật ... TP HCM Đồ án 1: Điều khiển nhiệt độ lò điện CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT IC cảm biến nhiệt độ: Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện dạng điện áp hay dòng điện Dựa vào đặc... án 1: Điều khiển nhiệt độ lị điện 1.2 Đặc tính số IC cảm biến nhiệt thông dụng: ™ AD590: - Ngõ dòng điện - Độ nhạy: 1A/0K - Độ xác: +40C - Nguồn cung cấp VCC: 4V → 30V - Khoảng nhiệt độ: -550C